题目
s1 凸 1-|||-s2 r-|||-n2在图示的双缝干涉实验中,若用薄玻璃片(折射率n1=1.4)覆盖缝S1,用同样厚度的玻璃片(但折射率n2=1.7)覆盖缝S2,将使原来未放玻璃时屏上的中央明条纹处O变为第五级明纹.设单色光波长λ=480nm(1nm=10-9m),求玻璃片的厚度d(可认为光线垂直穿过玻璃片)。
在图示的双缝干涉实验中,若用薄玻璃片(折射率n1=1.4)覆盖缝S1,用同样厚度的玻璃片(但折射率n2=1.7)覆盖缝S2,将使原来未放玻璃时屏上的中央明条纹处O变为第五级明纹.设单色光波长λ=480nm(1nm=10-9m),求玻璃片的厚度d(可认为光线垂直穿过玻璃片)。题目解答
答案
解:没加入玻璃时有r2=r1,当变成五级明纹以后,则光程差为δ=r2+n2d-d-(r1+n1d-d)=5λ
可得$d=\frac{{5λ}}{{{n_2}-{n_1}}}$
代入数据解得d=8×10-6m
答:玻璃片的厚度为8×10-6m
可得$d=\frac{{5λ}}{{{n_2}-{n_1}}}$
代入数据解得d=8×10-6m
答:玻璃片的厚度为8×10-6m
解析
考查要点:本题主要考查双缝干涉实验中光程差的计算,以及折射率对光程的影响。
解题核心思路:
- 光程差的变化:当玻璃片覆盖双缝时,两束光的光程差由玻璃的折射率差异引起。
- 明纹条件:中央明纹变为第五级明纹,说明总光程差等于$5\lambda$。
- 公式推导:通过光程差公式建立方程,解出玻璃片厚度$d$。
破题关键点:
- 光程的定义:光在介质中的光程为$n \cdot \text{物理路程}$。
- 光程差计算:两束光的光程差为$(n_2 - n_1)d$,需等于$5\lambda$。
步骤1:分析光程差变化
未放置玻璃片时,中央明纹处光程差为$0$,即$r_2 = r_1$。
放置玻璃片后,两束光的光程差为:
$\Delta = (n_2 d - d) - (n_1 d - d) = (n_2 - n_1)d$
步骤2:根据明纹条件列方程
第五级明纹对应的光程差为$5\lambda$,因此:
$(n_2 - n_1)d = 5\lambda$
步骤3:代入数据求解
已知$n_1 = 1.4$,$n_2 = 1.7$,$\lambda = 480 \, \text{nm} = 480 \times 10^{-9} \, \text{m}$,代入公式:
$d = \frac{5 \lambda}{n_2 - n_1} = \frac{5 \times 480 \times 10^{-9}}{1.7 - 1.4} = \frac{2400 \times 10^{-9}}{0.3} = 8 \times 10^{-6} \, \text{m}$